Устройство для кодирования изображений объектов Советский патент 1991 года по МПК G06F15/62 

Изобретение относится к технике обработки изображений, в частности к оптико- электронным устройствам ввода изображения в ЭВМ с предварительной оптической обработкой, и может быть использовано для параллельного кодирования низкоуровневых изображений на основе разложения по угловым направлениям энергетического спектра Фурье.

Цель изобретения - повышение быстродействия устройства.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 - апертуры изображений в электронно-оптических преобразователях (ЭОП); на фиг. 3 - направления сканирования; на фиг. 4 - распределение энергии в штрихе на экране ЭОП; на фиг. 5 -изображение в корелляционной плоскости в одном канале; на фиг. 6 - схема преобразования гексагонального растра в квадратный; на фиг 7 - оптическая схема одного элементарного канала; на фиг. 8 - развертка в ЭОП; на фиг. 9 - светоделител ьн§я призма. Устройство для кодирования изображения содержит (фиг. 1) объектив 1. ЭОП 2 и 3. соединенные между собой через матрицу 4 конусных фоконов, расположенных в узлах гексагональной структуры, при этом в каждом ЭОП установлены пластины (не показаны) для синхронного отклонения электронных изображений по координатам X и Y в угловых направлениях относительно оптической оси, гексагональный линзовый растр 5 NxN элементов, объектив 6, цилиндрическую линзу 7, одномерную вращающуюся голограмму 8 интенсивности штриха с постоянной интенсивностью, вторую цилиндрическую линзу 9, установленную перпендикулярно линзе 7, датчик 10 угла поворота, при этом цилиндрические линзы

О

ю

со ел о

7 и 9 и голограмма 8 соединены жестко в одном узле, объектив 11, матрицу 12 диафрагм, расположенных по гексагональной структуре, установленную в автокорреляционной плоскости, фотопреобразователь, состоящий из цилиндрической линзы 13 и объектива 14 (для получения увеличения по координате X в VSTpasa), светоделительной призмы 15, направляющей пучки с помощью трех линз 16 на три матрицы 17-19 фотоприемников, повернутые на 45° вокруг оптической оси, и блок 20 управления. Кроме того, устройство содержит блок 21 формирования напряжений развертки. На фиг. 1 показана также ЭВМ 22 для обработки выходных сигналов устройства.

Устройство работает следующим образом.

Объектив 1 формируется изображение на фотокатоде первого ЭОП 2, в котором формируется электронное изображение на люминесцентном экране (не показан), отклоняемое с помощью пластин в угловых направлениях по координатам X и Y. ЭОП 2 и 3 соединены между собой через матрицу 4 конусных фоконов с диаметрами Dux и Овых. Электронное изображение при отклонении сканируется входными апертурами фоконов. Поскольку выходные апертуры фоконов в k раз меньше, т.е. k ОВх/ОВых, то, соответственно, плотность энергии на входе второго ЭОП 3 в каждой точке увеличивается в k раз (фиг. 2), не считая усиления в самом ЭОП. Изображение в виде точечной структуры усиливается во втором ЭОП и отклоняется в противоположную сторону синхронно с изображением в первой камере. Таким образом, из изображения, сформированного объективом 1 на фотокатоде ЭОП 2 с распределением по интенсивности во времени и по координатам В(Х, Y, t), получают после сканирования в каждом элементарном канале временной сигнал Bi(tH), где тн - время сканирования круглыми апертурами фоконов за период отклонения в одном направлении. Во втором ЭОП 3 временной сигнал интенсивности излучения при сканировании преобразуется в одномерное распределение интенсивности свечения люминофора экрана в виде штриха (фиг. 2в), а всего изображения - в виде массива штрихов, ориентация которых зависит от углового направления отклонения электронных изображений. При этом максимальное время послесвечения люминофора не должно превышать время от момента окончания сканирования в одном угловом направлении до момента начала сканирования в другом направлении.

С экрана ЭОП излучение проходит через линзовый растр 5 с NxN элементами, при этом каждая линза соответствует одному штриху на экране ЭОП. Излучение проходит через объектив 6 и цилиндрическую линзу 7, при этом эквивалентная фокальная передняя плоскость оптических элементов 5-7 совпадает с положением экрана ЭОП 3. Следовательно, в заднем эквивалентном

фокусе будет сумма наложенных интенсив- ностей излучения по координате X от всех элементарных каналов, где и устанавливается голограмма 8 интенсивности. При записи голограммы интенсивности в качестве

входной информации используется набор элементарных штрихов с постоянной интенсивностью, для чего достаточно на вход устройства подать равномерную освещенность (фиг. 4, заштрихованная часть). После

фильтра каждый элементарный пучок сохраняет направление своей оптической оси, по которой происходит излучение нулевого порядка, а первые порядки дифрагированного излучения отклоняются от оптической оси

элементарного пучка. Излучение проходит через цилиндрическую линзу 9 и объектив 11, а в корреляционной плоскости восстанавливаются в каждом элементарном канале + и - изображения штрихов,

постоянные по интенсивности, если не учитывать влияния входной апертуры фокона. Обе цилиндрические линзы 7 и 9, перпендикулярно расположенные относительно другой, и голограмма 8 вращаются с угловой

скоростью, равной двум кадрам за один оборот, вокруг оптической оси. За время одного полуоборота голограммы, связанной с датчиком 10 угла поворота, изображения отклоняются в трех направлениях в соответствии

с гексагональной структурой линзового растра 5. 3 корреляционной плоскости установлена матрица 12 диафрагм с отверстиями, через которые проходит энергия, сосредоточенная в автокорреляционном пике, а

изображения восстановленных штрихов с постоянной интенсивностью задерживаются. Таким образом, происходит отделение постоянной составляющей интенсивности каждого штриха (фиг. 4 и 5). Затем прошедшее цилиндрическую линзу 13 и объектив 14 (с увеличением в по оси X и с увеличением в 1х по оси Y) излучение проецируется светоделительной призмой 15 и тремя линNxNзами 16 на три матрицы 17-19 с фото.о

приемниками каждая. Цилиндрическая линза 13, объектив 14 и призма 15 преобразуют гексагональную структуру элементарных пучков в квадратную структуру (фиг. ба-в), которая поступает на входы матриц

17-19 фотоприемников, а с их выходов - на вход ЭВМ 22, в которой реализуется алгоритм обработки, например формирование по максимальной мощности высокочастотного энергетического спектра Фурье, что в дальнейшем может быть использовано для различных преобразований, например для корреляции с закодированным таким же образом эталонным изображением и для слежения за объектом.

На фиг. 7 схематически показано прохождение одного элементарного пучка, поясняющее работу устройства. Блок 21 формирования напряжений развертки управляется от датчика 10 угла поворота, ив моменты, когда вращающиеся голограмма 8 и цилиндрические линзы 7 и 9 занимают положение одного из угловых направлений I, II, III (фиг. 8), изображения в ЭОП отклоняются в этом же направлении.

Повышение быстродействия устройства достигается за счет параллельной обработки и снятия информации по NxN локальным областям, т.е. по всему изображению. В результате быстродействие возрастает в N раз.

Кроме того, предлагаемое устройство характеризуется повышенным использованием входной апертуры и повышенным разрешением по сравнению с использованием квадратной матрицы, а также имеет малые габариты за счет применения светодели- тельной призмы предлагаемой конструкции (фиг. 9).

Формулаизобретения

Устройство для кодирования изображений объектов, содержащее последовательно расположенные оптически связанные первый объектив, модулятор света, механически связанный с приводом вращения, вто- рой объектив и фотопреобразователь, выход которого является информационным выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, модулятор света выполнен

в виде голограммы интенсивности, устройство содержит расположенные между первым объективом и голограммой интенсивности оптически связанные первый электронно- оптический преобразователь, гексагональную) матрицу фоконов, второй электронно-оптический преобразователь, гексагональный линзовый растр, третий объектив и первую цилиндрическую линзу, механически связанную с приводом вращения, расположенную между голограммой интенсивности и вторым объективом и оптически связанную с ним вторую цилиндрическую линзу, механически связанную с приводом вращения гексагональную матрицу диафрагм, датчик угла поворота, механически связанный с приводом вращения, блок управления, подключенный к первому выходу датчика угла поворота, и блок формирования напряжений развертки, вход и выходы которого подключены соответственно к второму выходу датчика угла поворота и к входам развертки первого и второго электронно- оптических преобразователей, фотопреобразователь содержит последовательно расположенные оптически связанные четвертый объектив, третью цилиндрическую линзу и светоделительную призму с двумя ромбическими отражающими гранями и двумя прозрачными треугольными гранями, первую и вторую матрицы фотоприемников, оптически связанные соответственно через первую и вторую отражающее грани призмы с третьей цилиндрической линзой, и третью матрицу фотоприемников, оптически связанную через первую и вторую прозрачные грани призмы с третьей цилиндрической линзой, выходы матриц фотоприемников образуют выход фотопреобразователя, их входы управления подключены к выходам блока управления, гексагональная матрица диафрагм расположена между вторым и четвертым объективами и оптически связана с ними.

У

Изобретение относится к технике обработки изображений, а именно к оптико- электронным устройствам ввода изображения в ЭВМ с предварительной оптической обработкой, и может быть использовано для параллельного кодирования низкоуровневых изображений на основе разложения по угловым направлениям энергетического спектра Фурье. Цель изобретения - повышение быстродействия. Устройство содержит последовательно расположенные оптически связанные первый объектив, первый электронно-оптический преобразователь, матрицу фоконов, второй электронно-оптический преобразователь, линзовый растр второй обьектив, механически связанные с приводом вращения и датчиком угла поворота первую цилиндрическую линзу, модулятоо света и вторую цилиндрическую линзу, третий обьектив, матрицу диафрагм и фотопреобразо- ватель, а также блоки управления, формирования напряжений развертки. Повышенное быстродействие обусловлено параллельной обработкой и считыванием информации. 9 ил.

0W

,////, /////

(риг. 2

фигЛ

фигЗ

(pus. 5

X

§3 БЭ О ЕЗ Ш 13 ЕЭ §Э

s §э

Чь

Фм.8

Редактор А.Огар

Составитель С.Бабкин Техред М.Моргентал

Bad A

1

8 - Фиг. 9

, f

Корректор Э.Лончакова